Вплив передрекристалізаційної термічної обробки на фізико-механічні властивості функціональних електродугових композиційних покриттів

Abstract

Досліджено можливість застосування передрекристалізаційної термічної обробки для підвищення комплексу властивостей композиційних електродугових покриттів систем дріт Св-08Г2С–Al2O3 та дріт 65Г–TiC, сформованих за використання порошку зміцнювальної фази у вільному вигляді. На першому етапі досліджень встановлено оптимальні температурно-часові параметри термічної обробки для традиційних ненаповнених покриттів з дротів Св-08Г2С (температура 450 °С, витримка 2 хв) та 65Г (температура 400 °С, витримка 3 хв), що забезпечує підвищення твердості за Віккерсом на 40 % та 26 %, відповідно. Аналіз дифрактограм, отриманих за допомогою рентгенівського дифрактометра ДРОН-3, показав чітке розширення дифракційних максимумів після проведення передрекристалізаційної термічної обробки, пов’язане з подрібненням субструктурних елементів покриття. Подальше визначення розміру областей когерентного розсіювання рентгенівських випромінювань за формулою Шеррера та за допомогою гармонічного аналізу термооброблених покриттів показало істотне зменшення вказаної характеристики до рівня 100 нм. Встановлено, що мікротвердість металевої матриці покриттів після напилення композиції Св-08Г2С–Al2O3 склала 1,6 ГПа; 65Г–TiC ― 2,6 ГПа. Оптимальним режимом передрекристалізаційної термічної обробки для покриттів Св-08Г2С–Al2O3 є витримка протягом 1хв за температури 450 °С; для покриттів 65Г–TiC ― 2 хв за 400 °С, при цьому спостерігається максимальне підвищення мікротвердості металевої основи на 54 % та 38 %, відповідно. Значніший ефект підвищення твердості композиційних покриттів у порівнянні з ненаповненими після передрекристалізаційної термічної обробки пояснюється додатковим наклепом металевої матриці високошвидкісними твердими частинками Al2O3 та TiC. Металографічні дослідження на сканувальному електронному мікроскопі-мікроаналізаторі РЕММА 102-02 та ZEISS Gemini SEM 500 показали, що для композиційних покриттів характерна типова луската структура, де добре диференціюються частинки дисперсної зміцнювальної фази (Al2O3, TiC). Після проведення передрекристалізаційної термічної обробки структурних змін не спостерігається, пористість залишається на тому ж рівні (близько 8 % та 5 %, відповідно). Експериментальними дослідженнями міцності зчеплення покриттів з металевою основою за методом «витягування конусного штифта» встановлено, що передрекристалізаційна термічна обробка забезпечує її підвищення на 15…20 % у порівнянні з покриттями після напилення.

In this work, the possibility of using pre-recrystallization heat treatment to improve the properties complex of composite electric arc sprayed coatings of the wire Sv-08G2S–Al2O3 and wire 65G-TiC systems, which are formed, using a hardening phase powder in a free form, is studied. At the first stage of research, the optimal temperature-time parameters of heat treatment were established for traditional unfilled coatings made of wire Sv-08G2S (temperature 450 °C, holding time 2 min) and 65G (temperature 400 °C, holding time 3 min), which provides an increase in Vickers hardness by 40 % and 26 % re-spectively. An analysis of the diffraction patterns obtained using a DRON-3 X-ray diffractometer showed a clear expansion of the diffraction peaks after heat treatment, which is associated with the refinement of the structural elements of the coat-ing. Further determination of the size of the regions of coherent X-ray scattering using the Scherrer formula and using the harmonic analysis of heat-treated coatings showed a significant decrease in this characteristic to the level of 100 nm. It was found that the microhardness of the metal matrix of the coatings after deposition of the composition Sv-08G2S–Al2O3 was 1.6 GPa; 65G–TiC ― 2.6 GPa. It has been established that the optimal mode of heat treatment for coatings Sv-08G2S–Al2O3 is holding time 1 min at a temperature of 450 °C; for 65G–TiC coatings ― 2 min, 400 °C, while the maximum increase in the microhardness of the metal base by 54 % and 38 %, respectively, is observed. A more significant effect of increasing the hardness of composite coatings compared to unfilled coatings after processing is explained by additional work hardening of the metal matrix by high-speed hard particles of Al2O3 and TiC. Metallographic studies on a REMMA 102-02 scanning electron microscope-microanalyzer and ZEISS Gemini SEM 500 showed that the composite coatings are characterized by a typical lamellar structure and particles of the dispersed hardening phase (Al2O3, TiC) are well differentiated. After heat treatment, no structural changes are observed, porosity remains at the same level (about 8 % and 5 %, respectively). Expe-rimental studies of bond strength using the pin method found that pre-recrystallization heat treatment provides an increase in bond strength by 15…20 % compared to coatings after spraying.